專利名稱：壓電振子、壓電振子的制造方法及壓電振子單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石英振子等壓電振子，尤其是壓電振子的支承結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
在石英晶片等壓電體表面上形成電極的石英振子單元等壓電振子單元，廣泛地應(yīng)用于以規(guī)定頻率振蕩的振蕩電路等。并且，近年來，作為通信設(shè)備等的基準(zhǔn)信號振蕩源，對能以高精度獲得穩(wěn)定特性的壓電振子單元的需求日益增加。在圖11中，從正面(圖11(a))和側(cè)面(圖11(b))表示出以往主要采用著的壓電振子單元的簡略結(jié)構(gòu)。壓電振子單元8的壓電振子10，備有用蒸鍍等方法在作為壓電體的薄片狀石英晶片1的兩面形成電極3的振動片5、及支承該振動片5的圓柱狀塞座11。塞座11在科瓦合金玻璃等絕緣材料12的外周具有進(jìn)行過電場電鍍等的金屬環(huán)框13，兩根圓棒形金屬引線15貫穿該絕緣材料12。該兩根引線15的前端16分別用軟釬料17焊接在振動片5的連接用電極4上，通過引線15與作為支承基體的塞座11的外部導(dǎo)通。此外，引線15還起著將振動片5固著(固定)在塞座11上的作用。另外，圖11所示的壓電振子10，用引線15從振動片5的兩側(cè)夾持進(jìn)行固定，從而能形成剛性非常高的支承結(jié)構(gòu)。
利用這種壓電振子10組裝壓電振子單元的主要工序，示于圖12。在按如上所述方式將振動片5固定在作為支承基體的塞座11上的步驟21完成后，接著，在步驟22中，通過蒸鍍或濺射等調(diào)整振動片5的電極3的膜厚，以進(jìn)行最終的諧振頻率調(diào)整。然后，在步驟23中，將壓電振子10插入殼體9內(nèi)并密封在真空或惰性氣體的氣氛中，組裝成壓電振子單元8，進(jìn)一步，在步驟24中進(jìn)行頻率、CI值、溫度特性等的特性檢查后出廠。
如上所述，近年來，壓電振子單元或?qū)弘娬褡訂卧c半導(dǎo)體組合而成的壓電振蕩器，除作為CPU等的時鐘源的需求外，作為通信設(shè)備的基準(zhǔn)信號源的需要量也在增加著，而且，作為通信設(shè)備的基準(zhǔn)信號源，要求具有比以往更高的精度和穩(wěn)定的特性。特別是，與頻率變化對應(yīng)的常溫老化特性，要求從±3～5ppm/年左右提高到±1ppm/年左右，另外，考慮到對攜帶式設(shè)備的應(yīng)用，則需要有耐沖擊性良好、且耐久性高的壓電振子單元或壓電振蕩器。
在圖11所示的現(xiàn)有的壓電振子單元中，由于采用軟釬料17焊接引線與電極，所以其連接工序的作業(yè)性良好，而且，所達(dá)到的連接強度也高。但是，在放置于80～125℃左右的高溫的狀態(tài)下，存在著軟釬料向電極內(nèi)擴(kuò)散的可能性，因而老化特性易于惡化，也容易發(fā)生頻率變化。另外，由于用軟釬料進(jìn)行固定，所以雖然時間很短但必須經(jīng)過150～250℃左右的預(yù)熱工序和350℃左右的加熱工序。因此，在加熱狀態(tài)下溫度特性有時會發(fā)生畸變，當(dāng)振動片為AT切割振蕩片時，將會與理想的3次曲線發(fā)生偏差，即使進(jìn)行溫度補償也很難得到高精度的頻率。這種現(xiàn)象的原因可以解釋是，當(dāng)進(jìn)行連接時因?qū)弘婓w進(jìn)行局部加熱而產(chǎn)生溫差，并在壓電體的內(nèi)部產(chǎn)生雖然程度極其微小但不具備壓電現(xiàn)象的β石英晶體等特性不同的結(jié)晶。
另外，在圖11所示的現(xiàn)有的壓電振子單元中，將振動片以剛性非常高的狀態(tài)與塞座11連接，因此對微小振動等的耐受性高。但是，對落下等強沖擊的耐受力弱，因而振動片折斷或脫落因而不能繼續(xù)使用的概率很高。
為克服這些缺欠，在特開平6-303077號中公開了用導(dǎo)電性粘結(jié)劑代替軟釬料連接引線和振動片并進(jìn)一步將引線只連接在振動片的一側(cè)表面上的技術(shù)。雖然在特開平6-303077號中未作明確說明，但可以知道，當(dāng)采用這種導(dǎo)電性粘結(jié)劑時，因在放置于上述高溫的狀態(tài)下不會發(fā)生軟釬料的擴(kuò)散，所以能使老化特性提高，另外，由于固定時無需進(jìn)行高溫加熱，所以溫度畸變也小，因而能提供精度非常高的產(chǎn)品。此外，代替用剛性高的圓棒狀態(tài)的引線夾持振動片而進(jìn)行固定的結(jié)構(gòu)，將壓成扁片狀的引線安裝在振動片的一側(cè)表面上，所以可以判明，其耐沖擊性高，而且，因落下而不能繼續(xù)使用的概率(落下特性)也得到改善。但是，即使是采用了這種支承方法的振動片，在如圖13所示的采用凸面狀壓電體2的壓電振子單元8中，由于振動片5的重量較大，使應(yīng)力易于集中在固定部的引線前端部的縮頸部分，所以會發(fā)生脫落，因而落下特性也不能得到多么大的改善。
另外，在圖13所示的壓電振子10中，將圓棒形的引線15的前端16壓扁并大致加工成U字形，并用導(dǎo)電性粘結(jié)劑19將前端16與連接用電極4連接，進(jìn)一步，用非導(dǎo)電性粘結(jié)劑18將振動片5的靠塞座側(cè)的邊緣5a固定在塞座11上。因此，與在固定時使振動片的兩側(cè)與圓棒形引線接觸的圖11所示的現(xiàn)有壓電振子10相比，其作業(yè)性得到改進(jìn)。但是，如考慮到在引線前端16與連接用電極4之間形成適當(dāng)?shù)拈g隙并注入導(dǎo)電粘結(jié)劑所需的勞力和時間、或在注入導(dǎo)電性粘結(jié)劑后直到硬化為止用某種裝置和夾具將振動片5和塞座11保持在規(guī)定位置所花費的勞力和時間，則與只進(jìn)行軟釬焊用的工序相比，涂敷粘結(jié)劑并使其硬化的工序的作業(yè)性也提高不了多少，用于進(jìn)行振動片5和塞座11的定位的裝置和夾具的使用效率很低。
因此，在本發(fā)明中，涉及用樹脂制粘結(jié)劑將振動片固定在支承基體上的老化特性良好的高精度壓電振子，其目的是提供一種耐沖擊性進(jìn)一步提高的壓電振子及壓電振子單元。本發(fā)明的另一目的是，提供一種能以高效率制造用上述樹脂固定的壓電振子及壓電振子單元的壓電振子及其制造方法。本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是，提供一種生產(chǎn)率高的高精度壓電振子及壓電振子單元，從而能以低廉的價格提供需要量大的通信設(shè)備等的壓電振子及壓電振子單元。
發(fā)明的公開為此，與現(xiàn)有壓電振子的用粘結(jié)劑將壓電振動片直接固定在支承基體上或用必須加熱熔化的金屬軟釬料固定于引線的剛性結(jié)構(gòu)不同，在本發(fā)明的壓電振子中，用導(dǎo)電性樹脂僅通過引線將壓電振動片與支承基體連接，從而實現(xiàn)柔性結(jié)構(gòu)，并能使耐沖擊性得到改善。即，本發(fā)明的壓電振子，具有在壓電體的表面形成電極的壓電振動片、支承該壓電振動片的支承基體、及將壓電振動片與支承基體機械地連接同時可以實現(xiàn)電氣連接的多根引線，該壓電振子的特征在于引線備有基本上可以與電極平行連接且朝前端方向開成大致U字形的片狀前端部分，在該前端部分與電極之間用導(dǎo)電性樹脂形成連接層，另外，壓電振動片用引線支承，以便在支承基體與壓電振動片之間形成間隙。
在本發(fā)明的壓電振子中，例如，將壓電振動片安裝在引線上，使壓電振動片的靠支承基體一側(cè)的邊緣與前端部分的大致開成U字形的開口的靠支承基體一側(cè)的端部基本一致。因此，由前端加工成片狀的引線借助于具有彈性的樹脂以使壓電振動片從支承基體浮起的狀態(tài)支承壓電振動片，所以能實現(xiàn)一種柔性結(jié)構(gòu)(彈性結(jié)構(gòu))的支承機構(gòu)。其結(jié)果是，可以由用彈性高的引線形成的柔性結(jié)構(gòu)的支承機構(gòu)吸收落下等情況時的強烈沖擊。因此，即使施加強的沖擊，也能防止發(fā)生脫落等故障，因而可以提供耐沖擊性高的壓電振子單元。所以，即使是在采用凸面形狀那樣的重量較重且應(yīng)力易于集中在連接部分因而耐沖擊性弱的振動片的壓電振子單元中，也可以改善落下特性，并能提高耐久性。
另外，由于固定成使壓電振動片的邊緣與前端部分的開成U字形的開口的端部基本一致，所以安裝位置容易確認(rèn)，并能將位置的偏差減小到最低限度。因此，可以防止耐沖擊性的降低，并能防止導(dǎo)電性樹脂從前端部分的開成U字形的開口底部流出而造成短路。
另外，通過將圓棒形引線的前端加工成片狀(扁片狀)，使前端部分的斷面成為向前端方向變細(xì)的錐形形狀。因此，由于只在U字形的引線前端部分涂敷導(dǎo)電性樹脂，所以在振動片與引線之間可以確保足夠量的銀膏等導(dǎo)電性樹脂(導(dǎo)電性粘結(jié)劑)的厚度。所以，可以用導(dǎo)電性樹脂以足夠高的強度連接振動片與引線，并且，還能減小接觸部分的電阻。另外，由于可以用導(dǎo)電性樹脂連接振動片和引線，所以，與以往的采用軟釬焊的壓電振子相比，無需將壓電振動片暴露于高溫。因此，可以提供老化特性良好、精度高、溫度特性也良好的壓電振子單元。如上所述，按照本發(fā)明，可以提供耐沖擊性(落下特性)進(jìn)一步改善、耐久性高、且在高精度下性能穩(wěn)定的壓電振子。將這種壓電振子密封在殼體等保護(hù)器內(nèi)，從而可以提供質(zhì)量更為優(yōu)良的壓電振子單元。
在形成連接層之前，可以涂敷硬化時間非常短的UV硬化型樹脂而設(shè)置臨時固定層，以便將引線的前端部分和壓電振動片(振動片)臨時固定。利用該臨時固定層可以在涂敷導(dǎo)電性樹脂之前將支承基體與壓電振片定位。因此，在這之后，即使不利用裝置和夾具將支承基體和壓電振動片保持在規(guī)定位置，也可以將導(dǎo)電性樹脂注入到引線前端部分與電極之間，并等待其后的硬化。因此，能夠大幅度地改善將振動片安裝在引線上的固定時的作業(yè)性，此外，由于在作業(yè)中也不存在發(fā)生位置錯動的可能性，所以也能使引線與電極的連接部分的可靠性提高。進(jìn)一步，通過將臨時固定層設(shè)置在鄰接的引線的一側(cè)，在其后涂敷導(dǎo)電性樹脂時還可以具有防止引線間短路的功能。
另外，也可以將導(dǎo)電性樹脂預(yù)先涂敷在引線的前端部分或電極的至少任何一個上，然后將其粘合。通過預(yù)先涂敷導(dǎo)電性樹脂，可以在前端部分與電極之間充填足夠量的導(dǎo)電性樹脂，所以既能得到良好的接觸性，又可以獲得高的粘結(jié)力。因此，即使不采用臨時固定層，也只須保持很短時間即可進(jìn)行臨時固定，而且，在這之后，無需使用夾具等而以原狀態(tài)放置就能得到足夠的粘結(jié)力。因此，可以將臨時固定用的UV硬化型樹脂省去。UV硬化型樹脂如與軟釬料等相比雖然在高溫穩(wěn)定性上優(yōu)良，但在高溫下仍可觀察到輕微的漏氣，所以通過將UV硬化型樹脂省去，可以使高溫特性得到進(jìn)一步的改善。
另外，通過涂敷導(dǎo)電性樹脂或非導(dǎo)電性樹脂而形成增強層，使其至少覆蓋連接層和引線的前端部分，可以提高引線與壓電振動片的連接強度、防止發(fā)生脫落等故障，從而提高連接部分的可靠性，同時，由于消除了由引線和壓電振動片形成的凹入部分，所以不會發(fā)生應(yīng)力集中，因而能進(jìn)一步改善落下特性等的耐沖擊性。
另外，在本發(fā)明的壓電振子制造方法中，備有連接工序，當(dāng)安裝將在壓電體表面上形成電極的壓電振動片與支承基體機械地連接同時也可以實現(xiàn)電氣連接的多根引線時，即當(dāng)將壓電振動片固定在塞座等支承基體上時，在基本上可以與電極平行連接且朝前端方向開成大致U字形的片狀前端部分與壓電振動片的電極之間形成導(dǎo)電性樹脂的連接層。并且，在該連接工序中，可以采用包括涂敷UV硬化型樹脂而形成臨時固定層的第1工序及將導(dǎo)電性樹脂至少注入前端部分與電極之間而形成連接層的第2工序的工藝。
通過采用備有上述進(jìn)行臨時固定的工序的制造方法，與軟釬料相比，即使采用在硬化上需花費時間的導(dǎo)電性樹脂，也能以高的效率進(jìn)行固定作業(yè)，而且不需要長時間地占用定位用的裝置和夾具，因而能以低廉的價格提供可靠性高的壓電振子。此外，在第1工序中，通過將UV硬化型樹脂涂敷在鄰接的引線的一側(cè)，可以防止導(dǎo)電性樹脂流入鄰接的引線側(cè)，所以能進(jìn)一步改善形成連接層時的作業(yè)性。
另外，在連接工序中，也可以在將前端部分與電極連接之前將導(dǎo)電性樹脂涂敷在前端部分或電極上，并使其粘合而形成連接層。在這種方法中，由于可以省去UV硬化型樹脂，所以能使連接工序進(jìn)一步簡化。此外，由于能在前端部分與電極之間以足夠量的導(dǎo)電性樹脂形成連接層，所以既能充分地確保粘結(jié)強度，又能進(jìn)一步地減小連接部分的電阻。
再有，通過采用涂敷導(dǎo)電性樹脂或非導(dǎo)電性樹脂而形成增強層以使其至少覆蓋連接層和引線前端部分的增強工序，可以提高固定后的連接部分的強度及可靠性。為了確保引線與電極之間的密合性，在上述第2工序中注入的導(dǎo)電性樹脂最好具有一定程度的流動性，與此相反，在增強工序中，為了在確保強度的同時防止擴(kuò)散，最好采用粘度比在第2工序中涂敷的導(dǎo)電性樹脂高的導(dǎo)電性樹脂或非導(dǎo)電性樹脂。當(dāng)采用在電極或引線前端部分上預(yù)先涂敷導(dǎo)電性樹脂后進(jìn)行粘合的方法時，通過2次涂敷相同類型的導(dǎo)電性樹脂，也可以提供保護(hù)。
附圖的簡單說明圖1是表示本發(fā)明的實施形態(tài)的壓電振子及壓電振子單元的簡略結(jié)構(gòu)的圖，圖1(a)表示從正面看去的狀態(tài)，圖1(b)表示從側(cè)面看去的狀態(tài)。
圖2是表示采用平板狀的振動片代替圖1所示的凸面狀振動片后的壓電振子及壓電振子單元的簡略結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖3是表示固定圖2所示振動片的工序的圖，圖中示出準(zhǔn)備好用于固定的引線和振動片的狀態(tài)。
圖4是表示接續(xù)圖3的固定工序的圖，圖中示出在引線和電極上形成臨時固定層后的狀態(tài)。
圖5是表示接續(xù)圖4的固定工序的圖，圖中示出在引線和振動片上形成連接層后的狀態(tài)。
圖6是表示接續(xù)圖5的固定工序的圖，圖中示出在引線和振動片上形成增強層后的狀態(tài)。
圖7是將圖5中形成連接層后的振動片的連接用電極與引線的連接部分放大后示出的圖。
圖8是表示將圖1所示壓電振子單元的落下試驗結(jié)果與現(xiàn)有的壓電振子單元的試驗結(jié)果進(jìn)行比較的曲線圖，圖8(a)示出圖1所示壓電振子單元的試驗結(jié)果，圖8(b)示出圖11所示現(xiàn)有的采用圓棒形引線固定振動片的壓電振子單元的試驗結(jié)果，圖8(c)示出圖13所示現(xiàn)有的采用粘結(jié)劑固定的壓電振子單元的試驗結(jié)果。
圖9是表示與上述不同的制造方法的圖，圖9(a)示出在振動片側(cè)1次涂敷銀膏后的狀態(tài)，圖9(b)示出在引線的前端部分1次涂敷銀膏后的狀態(tài)。
圖10(a)表示將引線安裝在振動片上的狀態(tài)，圖10(b)表示進(jìn)一步2次涂敷銀膏后的狀態(tài)。
圖11是表示現(xiàn)有的采用圓棒形引線固定振動片的壓電振子及壓電振子單元的簡略結(jié)構(gòu)的圖，圖11(a)表示從正面看去的狀態(tài)，圖11(b)表示從側(cè)面看去的狀態(tài)。
圖12是表示通過組裝壓電振子而制造壓電振子單元的簡略過程的流程圖。
圖13是表示現(xiàn)有的采用粘結(jié)劑固定振動片的壓電振子及壓電振子單元的簡略結(jié)構(gòu)的圖，圖13(a)表示從正面看去的狀態(tài)，圖13(b)表示從側(cè)面看去的狀態(tài)。
用于實施發(fā)明的最佳形態(tài)以下，參照


本發(fā)明的實施形態(tài)。在圖1中，從正面(圖1(a))和側(cè)面(圖1(b))表示出本發(fā)明的壓電振子及采用該壓電振子的壓電振子單元的簡略結(jié)構(gòu)。本例的壓電振子10，備有在作為壓電體的薄透鏡或凸面形狀的石英晶片2的兩面以蒸鍍等方法形成電極3的振動片5、及用作該振動片5的支承基體的圓柱狀塞座11。與上述現(xiàn)有的壓電振子例一樣，塞座11備有科瓦合金玻璃等絕緣材料12、及在絕緣材料12的外周用作框架的進(jìn)行過電場電鍍等的金屬環(huán)13。在本例的壓電振子10中，兩根圓棒形金屬引線15貫穿該塞座11的絕緣材料12，與振動片5的連接電極4相聯(lián)接的前端部分16被壓成扁片狀。進(jìn)一步，將前端部分16加工為朝前端方向開成大致U字形的形狀，并在該U字形開口31內(nèi)注入作為導(dǎo)電性樹脂的銀膏并形成連接層32。另外，在該連接層32上再涂敷一層熱硬化型樹脂等而形成增強層33，并用該增強層33覆蓋引線的前端部分16直到其外側(cè)。此外，在其中一根引線的前端部分16上，在朝向鄰接的另一根引線15的方向上通過涂敷UV硬化型樹脂而形成臨時固定層34，該臨時固定層34具有將振動片5和塞座11固定到使其各自的位置不發(fā)生錯動的程度的功能。
本例的壓電振子10，將振動片5相對于塞座11定位，使振動片5的靠塞座11一側(cè)的邊緣5a與引線前端部分16的U字形開口31的靠支承基體12一側(cè)的端部31a基本一致，其結(jié)果是，在振動片5與塞座11之間形成間隙35。并且，在將振動片5固定在塞座11上之后，進(jìn)行如上所述的最終頻率調(diào)整，并將完成頻率設(shè)定的壓電振子10封入作為保護(hù)器的殼體9內(nèi)，從而形成壓電振子單元8。
將石英晶體用作壓電體的壓電振子單元，可以通過選擇切割方向和形狀構(gòu)成頻率范圍很寬的壓電振子單元。一般說來，在振動片為AT切割晶片而振動模式為基波的情況下，當(dāng)諧振頻率約為16MHz以下時，采用如圖1所示的加工成凸面的壓電體2，在諧振頻率高于該頻率的壓電振子中，采用如圖2所示的加工成平板狀的壓電體1。在圖2所示的加工成平板狀的壓電振子10中，也可以按照與上述同樣的方式將振動片5固定在塞座11上，在下文中說明制造方法時，為簡單起見以平板狀的壓電體1為例進(jìn)行說明。另一方面，趨于低頻范圍的采用了加工成凸面的壓電體2的壓電振子10，壓電體2的重量較重，此外，由于壓電體的中央部分厚而與引線15連接的邊緣部分薄，所以形成應(yīng)力易于集中因而對沖擊的耐受力較弱的形狀。因此，在本說明書的對落下特性的評定中，以采用了加工成凸面的壓電體2的壓電振子10為例進(jìn)行說明。
在圖3～圖6中，示出用于制造本例的壓電振子10的將振動片5固定在作為支承基體的塞座11上的工序。在圖3～圖6中分別從正面(a)和側(cè)面(b)表示出以引線15的前端部分16和振動片5的靠塞座11一側(cè)的邊緣5a為中心的壓電振子10的固定部分。如圖3所示，安裝兩根引線15使其貫穿本例的塞座11的絕緣材料12，并將該前端部分16加工成從圓棒形逐漸變成扁平的片狀。因此，如圖3(b)所示，引線的前端部分16的斷面為在從塞座11一側(cè)到振動片5的方向上向前端方向變細(xì)的錐形形狀。另外，在前端部分16上形成朝前端方向開成U字形的開口31。將該被加工成大致片狀或扁片狀的前端部分16對準(zhǔn)位置，使其與在振動片5的一側(cè)表面上準(zhǔn)備好的電極4基本平行，并在下一道工序中進(jìn)行連接。
在通過引線15將振動片5固定在塞座11上的本例的連接工序中，作為第1工序，首先，如圖4所示，進(jìn)行設(shè)定使振動片5的靠塞座11一側(cè)的邊緣5a與引線的U字形開口31的靠塞座11一側(cè)的端部31a基本一致。由于用手工作業(yè)或機械作業(yè)都能將振動片5的邊緣5a與引線的U字形開口31的端部31a的一致作為基準(zhǔn)，所以能夠容易地很精確地進(jìn)行定位。在完成定位后，在其中一根引線的前端部分16與振動片5的連接用電極4之間涂敷UV硬化型樹脂。然后，用照射強度700～1000mW/cm2的紫外線照射UV硬化型樹脂僅5秒左右以使其硬化，并形成將振動片5臨時固定于引線的前端部分16的臨時固定層34。該臨時固定層34最好在另一根引線的前端部分一側(cè)、即在兩根引線的前端部分16之間形成，以便能防止由在下一道工序中涂敷的導(dǎo)電性樹脂造成的兩個前端部分16或電極4之間短路。
在該第1工序中形成的臨時固定層34的涂敷量，只要能將引線的前端部分16與電極4固定并足以使振動片5與引線15的相對位置在隨后的固定作業(yè)中不發(fā)生錯動即可。因此，UV硬化型樹脂的量可以少一些，并可以將使其硬化時的振動片5的溫升抑制在60℃左右。另外，在5秒左右的紫外線照射下，足以將所涂敷的UV硬化型樹脂全部硬化。因此，可以在非常短的時間內(nèi)形成臨時固定層34，而且，在形成臨時固定層34時，不存在使壓電體1的結(jié)晶狀態(tài)受到影響的可能性。所以，可以將振動片5和塞座11定位，而對壓電振子的溫度特性等完全不會造成影響。另外，由于可以通過形成臨時固定層34設(shè)定振動片5和塞座11的位置，所以，在其以后的工序中沒有必要一面以機械方式對振動片5和塞座11兩者進(jìn)行保持以確保相互的位置關(guān)系，一面進(jìn)行作業(yè)，因而可以實現(xiàn)效率非常高的固定作業(yè)。此外，用于以機械方式將振動片5和塞座11兩者保持在規(guī)定位置的裝置和夾具的占用時間，被縮短為從涂敷UV硬化型樹脂到使其硬化的時間，因此可以提高這種裝置和夾具的使用效率，因而能大幅度地提高生產(chǎn)率。另外，只要完成定位，在下一道工序中就不會發(fā)生位置錯動，因而連接部分的可靠性也能得到改善。
在形成臨時固定層34后，在接著的第2工序中，如圖5所示，將作為導(dǎo)電性樹脂的銀膏注入前端部分16的U字形開口31內(nèi)而形成連接層32。由于本例的引線的前端部分16形成U字形的開口31，所以可以將銀膏對準(zhǔn)該開口31注入。因此，注入位置的設(shè)定及涂敷量的管理非常簡單。另外，在注入開口31時，由于振動片5的邊緣5a與引線的開口31的端部31a一致，所以不會形成銀膏的流出口，銀膏將沿著引線的前端部分16流動，所以銀膏不會流出到連接用電極4以外的部位。因此，能防止壓電體1的兩個電極4的短路或因銀膏量不足而達(dá)不到規(guī)定連接強度的情況于未然。此外，在本例的壓電振子10中，在第1工序中在電極4之間形成臨時固定層34，并由該臨時固定層34將各電極4與各引線的前端部分16隔開，因而即使稍有一些銀膏流出也不會發(fā)生短路。
另外，如圖7的放大圖所示，本例的引線前端部分16，被加工成向前端方向變細(xì)的錐形形狀。因此，可在前端部分16與電極4之間形成適當(dāng)?shù)拈g隙36，并使銀膏通過毛細(xì)現(xiàn)象進(jìn)入該間隙36內(nèi)，將前端部分16與電極4連接起來。因此，引線15與電極4之間既能保持良好的電氣連接又能保持良好的機械連接，接觸電阻非常低，并能確保足夠的連接強度而防止發(fā)生脫落等故障。為使銀膏進(jìn)入間隙36并避免從另一邊流出，其粘度最好在35000～60000CPS左右，而粘度為40000～50000CPS左右的銀膏是最為理想的。當(dāng)粘度在30000CPS以下時，在涂敷時樹脂易于從規(guī)定的部位流出，同時在銀膏硬化過程中銀粒子有可能擴(kuò)散滲出、或因溶劑過多而可能形成漏氣的發(fā)生源，這是不希望發(fā)生的。此外，雖然也可以使用銀膏以外的導(dǎo)電性粘結(jié)劑，但若從導(dǎo)電性、耐熱性及作業(yè)性考慮，則在目前最好是使用銀膏。
在獲得導(dǎo)通性的第2工序完成后，接著，如圖6所示，進(jìn)行在連接層32上涂敷增強用粘結(jié)劑以形成增強層33并使其覆蓋引線的前端部分16的增強工序。增強用粘結(jié)劑，可以采用環(huán)氧或聚酰亞胺等系列的熱硬化型樹脂或UV硬化型樹脂等非導(dǎo)電性的樹脂，此外，也可以使用銀膏等導(dǎo)電性樹脂。形成增強層33的樹脂，與在第2工序中使用的銀膏不同，在可以覆蓋規(guī)定部位的范圍上最好具有低的流動性。因此，最好采用粘度為70000～90000CPS左右的導(dǎo)電性或非導(dǎo)電性樹脂。在增強層33形成后，為使該增強層33及連接層32充分硬化，在大氣或氮氣氣氛中，在160～180℃左右的狀態(tài)下進(jìn)行大約1小時的加熱處理。在這種溫度環(huán)境下暴露幾個小時左右，壓電體的特性不會受到影響。另外，由于不需要在進(jìn)行軟釬焊時那樣的局部加熱，因而在這一點上也不會對壓電體的特性造成影響。因此，經(jīng)過上述各道工序而固定后的壓電片5，在溫度特性上幾乎不存在發(fā)生畸變的可能性，所以能提供精度非常高的壓電振子單元。此外，即使是將壓電振子單元放置在高溫的狀態(tài)下，也不會發(fā)生因經(jīng)軟釬焊后的壓電振子中的軟釬料擴(kuò)散等原因而引起的頻率變化，所以能提供老化特性優(yōu)良、且在高精度下具有穩(wěn)定特性的壓電振子單元。并且，由于可以通過采用臨時固定層改善作業(yè)性，所以能以高的效率進(jìn)行使用粘結(jié)劑的固定作業(yè)。因此，能以低廉的價格大量生產(chǎn)高質(zhì)量的本例的壓電振子單元。
在該增強工序中形成的增強層33，在形成時最好基本上將引線的前端部分16完全覆蓋。所形成的增強層33如不能蓋過引線的前端部分16，則由落下等產(chǎn)生的沖擊力將易于使應(yīng)力集中在引線前端部分16與電極4之間的接觸部的邊緣或角部。因此，使前端部分16很容易從電極4脫落。與此相反，當(dāng)使增強層33一直覆蓋到前端部分16的外側(cè)時，能使沖擊時的應(yīng)力傳遞到增強層33而被分散，因而應(yīng)力可以由加工成扁片狀的引線前端部分16整體吸收，所以能防止因沖擊而造成的脫落。特別是，本例的壓電振子10，如上所述，在振動片5與塞座11之間形成間隙35，所以使引線的前端部分16在受到?jīng)_擊時能夠彎曲。另外，引線的前端部分16通過連接層32和增強層33這樣的具有彈性的樹脂層與振動片5連接。通過采用這種柔性結(jié)構(gòu)使由連接層32連接的引線前端部分16與電極4很難發(fā)生脫落，因此，對于采用圖2所示的平板狀壓電體1的壓電振子10自不待言，而且還可以提供采用圖1所示的重量較重且易于脫落的凸面狀振動片5而耐沖擊性高的壓電振子10。
在圖8中，示出將本例的把壓電振子10封入殼體9內(nèi)的壓電振子單元8的落下試驗結(jié)果與圖11或圖13所示的現(xiàn)有壓電振子單元的試驗結(jié)果進(jìn)行對比的曲線圖。圖8所示的試驗結(jié)果，是使諧振頻率為12.8MHz的壓電振子單元從125cm的高度落下，并以存留率(％)表示相對于其反復(fù)次數(shù)而能起正常作用的壓電振子單元的數(shù)量。諧振頻率為12.8MHz的壓電振子單元，采用如上所述的被加工成耐沖擊性低的凸面狀壓電體，并設(shè)定了極其嚴(yán)格的條件。盡管是這種極其嚴(yán)格的落下試驗，但從圖8(a)可以看出，在以樹脂層使振動片5從塞座11浮起的柔性結(jié)構(gòu)的本例壓電振子單元中，在落下試驗反復(fù)進(jìn)行100次后的存留率接近于100％，幾乎沒有發(fā)生脫落等故障。與此相反，從圖8(b)可以看出，在圖11所示的以原來的圓棒性引線支承凸面狀振動片的現(xiàn)有壓電振子單元中，反復(fù)進(jìn)行100次后的存留率為50％左右，約有半數(shù)的壓電振子單元中發(fā)生了折斷等故障。此外，在圖13所示的將引線前端部分加工成扁片狀并用以支承振動片的壓電振子單元中，如圖8(c)所示，反復(fù)進(jìn)行100次后的存留率為70％左右，與圖8(b)所示的試驗結(jié)果相比，有所改善。但是，在采用了凸面狀振動片的條件下，在20～30％的壓電振子單元中發(fā)生了脫落。與此不同，通過采用本例的壓電振子，則即使在同樣的條件下也能將脫落等故障的發(fā)生抑制到接近0％，由此可知，按照本發(fā)明可以制造出耐久性非常優(yōu)良的壓電振子及壓電振子單元。在采用平板狀振動片的本發(fā)明的壓電振子及壓電振子單元中，與采用凸面狀振動片的情況相比，對沖擊的條件可以放寬，所以能夠提供耐久性更為優(yōu)良的壓電振子及壓電振子單元。
在圖9和圖10中，示意地示出為制造本發(fā)明的壓電振子10而將振動片5固定在作為支承基體的塞座11上的與上述不同的制造方法。在該制造方法中，也采用與上述結(jié)構(gòu)相同的塞座11、引線15和振動片5組裝壓電振子10。在本例中，首先，如圖9(a)和圖9(b)所示，在振動片5的一側(cè)表面上準(zhǔn)備的連接用電極4、或引線15的前端部分16中的任何一個上或在兩個上都涂敷作為導(dǎo)電性樹脂的銀膏51。然后，如圖10(a)所示，在與塞座11形成間隙35的狀態(tài)下，將引線的前端部分16與連接用電極4以涂有銀膏51的面粘合在一起，并通過引線15將振動片5安裝在塞座11上。因此，銀膏51在引線的前端部分16與連接用電極4之間攤開，并由該銀膏51形成連接層32。在該狀態(tài)下于300℃左右的周圍氣氛中進(jìn)行大約5秒鐘的臨時干燥后，銀膏51的溶劑濃度降低，因而將振動片5臨時固定于塞座11。因此，在臨時干燥后，除非施加沖擊等，連接用電極4與引線前端部分16之間就不會發(fā)生錯動，因而很容易進(jìn)行安裝。
在引線前端部分16與連接用電極4之間形成連接層32并將振動片5臨時固定于塞座11之后，如圖10(b)所示，從引線15的前端部分16的外側(cè)涂敷銀膏52，形成可以覆蓋引線15的外側(cè)及前端部分16的增強層33。然后，如果是熱硬化型的銀膏，則在160～180℃下保持30分鐘到1小時，進(jìn)行充分的干燥。而如果是熱可塑型的銀膏，則可以在300～350℃的周圍氣氛中保持1～2小時，以進(jìn)行充分的干燥。
這樣，在本例的制造方法中，將銀膏51涂敷在引線前端部分16或連接用電極4上之后將其粘合，從而可以形成連接層32。進(jìn)一步，在連接后，可以通過2次涂敷銀膏52形成增強層33。在本例的制造方法中，為形成連接層32并不需要將銀膏注入狹小的間隙內(nèi)，所以對于進(jìn)行1次涂敷和2次涂敷的銀膏51和52，可以使用相同的銀膏，例如，可以使用STAYSTIK公司生產(chǎn)的產(chǎn)品號101的熱可塑型導(dǎo)電性粘結(jié)劑。
如采用上述制造方法，則可以用足夠量的銀膏51在引線前端部分16與連接用電極4之間形成連接層32，所以能夠在確保連接強度的同時進(jìn)一步減小接觸電阻。此外，由于不需要用UV硬化型樹脂進(jìn)行臨時定位，所以使將振動片5安裝在塞座11上的作業(yè)工序得到進(jìn)一步簡化。UV硬化型樹脂的高溫穩(wěn)定性雖高于軟釬料，但當(dāng)長時間暴露于高溫時，會放出微量的氣體。當(dāng)發(fā)生氣體泄漏時，殼體9內(nèi)部的氣氛將發(fā)生變化，所以將影響到振動片5的工作環(huán)境，因而使老化特性惡化。以此不同，在本例中，由于僅以溶劑少的銀膏形成連接層32和增強層33，所以，可以提供高溫特性更為優(yōu)良的壓電振子10。
另外，當(dāng)將以銀膏形成連接層32和增強層33的壓電振子10封入殼體9內(nèi)而制造壓電振子單元8并在與上述相同的條件下進(jìn)行落下試驗時，以與前面說明過的本發(fā)明的壓電振子單元同樣的方式反復(fù)進(jìn)行落下試驗100次后的存留率接近100％，并已確認(rèn)幾乎沒有發(fā)生脫落等故障。
此外，在以上的說明中，以采用適于插入圓筒狀保持器9的圓柱形塞座作為支承基體的壓電振子為例進(jìn)行了說明，但并不限定于上述型式的壓電振子及壓電振子單元。例如，對于將壓電振動片固定于以箱形保持器的一側(cè)壁面作為支承基體進(jìn)行配置的引線上、然后用護(hù)蓋將箱形保持器密封的這種型式的壓電振子單元等，本發(fā)明當(dāng)然也能夠適用。
如上所述，在本發(fā)明中，可以用導(dǎo)電性樹脂相對于塞座等支承基體形成間隙并使振動片浮起而與引線的前端部分連接，從而制造壓電振子。在現(xiàn)有的壓電振子中，將振動片剛性地固定在支承基體上，與此不同，在本發(fā)明中，則可以將振動片以柔性的方式安裝在支承基體上，所以，能大幅度地改善落下等時的耐沖擊性。因此，是一種頻率變化小、精度高、且老化特性優(yōu)良的樹脂固定型壓電振子，因而能提供耐沖擊性強、耐久性好、且可靠性高的壓電振子及壓電振子單元。
另外，在進(jìn)行使引線與振動片之間導(dǎo)通或使連接增強的工序之前，用硬化時間非常短的UV硬化型樹脂使引線與振動片進(jìn)行臨時固定，從而能夠大幅度地縮短以機械方式保持壓電振子以進(jìn)行定位的時間。此外，一旦進(jìn)行了臨時固定，則在其后就不需要用機械或夾具將振動片和塞座兩者同時進(jìn)行保持，所以能大幅度地改善作業(yè)性。
另外，也可以將作為導(dǎo)電性粘結(jié)劑的銀膏涂敷在引線前端部分或振動片的連接用電極中的任何一個上，并將前端部分與連接用電極粘合。如采用這種制造方法，則可以將用UV硬化型樹脂進(jìn)行的臨時固定省去，因而能使組裝工序得到進(jìn)一步的簡化。另外，除連接層外，增強層也可以用耐熱性高的銀膏形成，因而不使用UV硬化型樹脂就能進(jìn)行振動片與支承基體的組裝。因此，能進(jìn)一步消除發(fā)生漏氣等使高溫特性惡化的因素。
如上所述，按照本發(fā)明，能以低廉的價格大量生產(chǎn)著重于高精度、高可靠性等作為通信機基準(zhǔn)信號等使用時的特性的壓電振子單元。
產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用可能性本發(fā)明是在作為通信設(shè)備等的基準(zhǔn)信號振蕩源使用的在石英晶片等壓電體表面上形成電極的石英晶體振子單元等壓電振子單元中使用的技術(shù)，尤其是，可以提供在很寬的溫度范圍上以高精度獲得穩(wěn)定特性的耐沖擊性高、老化特性良好的壓電振子單元。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改1．一種壓電振子，具有在壓電體的表面形成電極的壓電振動片、支承該壓電振動片的支承基體、及將上述壓電振動片與上述支承基體機械地連接同時可以實現(xiàn)電氣連接的多根引線，該壓電振子的特征在于上述引線備有基本上可以與和上述壓電振動片的一個面相對的上述電極平行連接且朝前端方向開成大致U字形的片狀前端部分，在該前端部分與上述電極之間用導(dǎo)電性樹脂形成連接層，上述壓電振動片由上述引線支承，以使上述支承基體與上述壓電振動片之間形成間隙。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于將上述壓電振動片安裝在上述引線上，使上述壓電振動片的靠上述支承基體一側(cè)的邊緣與上述前端部分的開成大致U字形的開口的靠上述支承基體一側(cè)的端部基本一致。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于大致呈片狀的上述前端部分的斷面為向前端變細(xì)的錐形形狀。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于備有在形成連接層之前涂敷的UV硬化型樹脂而將上述引線的前端部分和上述壓電振動片臨時固定的臨時固定層，上述連接層，由至少注入上述前端部分與上述電極之間的導(dǎo)電性樹脂形成。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電振子，其特征在于將上述臨時固定層在鄰接的上述引線的一側(cè)形成。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于上述連接層，由將上述前端部分和上述電極連接之前預(yù)先涂敷在上述前端部分或上述電極上的導(dǎo)電性樹脂形成。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于備有涂敷的導(dǎo)電性樹脂或非導(dǎo)電性樹脂使其至少覆蓋上述連接層和上述引線的前端部分的增強層。
8．一種壓電振子的制造方法，其特征在于具有連接工序，當(dāng)將在壓電體表面上形成電極的壓電振動片安裝在與支承基體機械地連接同時也可以實現(xiàn)電氣連接的多根引線時，在上述支承基體與上述壓電振動片之間設(shè)置間隙，同時在基本上可以與上述電極平行連接且朝前端方向開成大致U字形的上述引線的片狀前端部分與上述電極之間由導(dǎo)電性樹脂形成連接層。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電振子制造方法，其特征在于在上述連接工序中，具有在上述引線的前端部分的至少一部分及上述壓電振動片上涂敷UV硬化型樹脂而形成臨時固定層的第1工序、及將導(dǎo)電性樹脂至少注入上述前端部分與上述電極之間而形成連接層的第2工序。
權(quán)利要求
1．一種壓電振子，具有在壓電體的表面形成電極的壓電振動片、支承該壓電振動片的支承基體、及將上述壓電振動片與上述支承基體機械地連接同時可以實現(xiàn)電氣連接的多根引線，該壓電振子的特征在于上述引線備有基本上可以與上述電極平行連接且朝前端方向開成大致U字形的片狀前端部分，在該前端部分與上述電極之間用導(dǎo)電性樹脂形成連接層，上述壓電振動片由上述引線支承，以使上述支承基體與上述壓電振動片之間形成間隙。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于將上述壓電振動片安裝在上述引線上，使上述壓電振動片的靠支承基體一側(cè)的邊緣與上述前端部分的開成大致U字形的開口的靠上述支承基體一側(cè)的端部基本一致。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于大致呈片狀的上述前端部分的斷面為向前端變細(xì)的錐形形狀。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于備有在形成連接層之前涂敷UV硬化型樹脂而將上述引線的前端部分和上述壓電振動片臨時固定的臨時固定層，上述連接層，由至少注入上述前端部分與上述電極之間的導(dǎo)電性樹脂形成。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電振子，其特征在于上述臨時固定層在鄰接的上述引線的一側(cè)形成。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于上述連接層，由將上述前端部分和上述電極連接之前預(yù)先涂敷在上述前端部分或上述電極上的導(dǎo)電性樹脂形成。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電振子，其特征在于備有涂敷的導(dǎo)電性樹脂或非導(dǎo)電性樹脂使其至少覆蓋上述連接層和上述引線的前端部分的增強層。
8．一種壓電振子的制造方法，其特征在于具有連接工序，當(dāng)安裝將在壓電體表面上形成電極的壓電振動片與支承基體機械地連接同時也可以實現(xiàn)電氣連接的多根引線時，在基本上可以與上述電極平行連接且朝前端方向開成大致U字形的上述引線的片狀前端部分與上述電極之間由導(dǎo)電性樹脂形成連接層。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電振子制造方法，其特征在于在上述連接工序中，具有在上述引線的前端部分的至少一部分及上述壓電振動片上涂敷UV硬化型樹脂而形成臨時固定層的第1工序、及將導(dǎo)電性樹脂至少注入上述前端部分與上述電極之間而形成連接層的第2工序。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的壓電振子制造方法，其特征在于在上述第1工序中，將上述UV硬化型樹脂涂敷在鄰接的上述引線的一側(cè)。
11．根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電振子制造方法，其特征在于在上述連接工序中，由將上述前端部分和上述電極連接之前預(yù)先涂敷在上述前端部分或上述電極上的導(dǎo)電性樹脂形成上述連接層。
12．根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓電振子制造方法，其特征在于包括由所涂敷的導(dǎo)電性樹脂或非導(dǎo)電性樹脂形成增強層以使其至少覆蓋上述連接層和上述引線的前端部分的增強工序。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓電振子制造方法，其特征在于在上述增強工序中采用的上述導(dǎo)電性樹脂或非導(dǎo)電性樹脂的粘度比在上述連接工序中采用的導(dǎo)電性樹脂的粘度高。
14．一種壓電振子單元，具有在權(quán)利要求1中所述的壓電振子、及中空的保護(hù)器，其特征在于將上述壓電振子插入并用上述支承基體及上述保護(hù)器密封。
全文摘要
組裝壓電振子,使其在振動片與塞座之間用導(dǎo)電性樹脂的連接層相對于將前端部分加工成U字形開口的扁片狀的引線形成間隙。在該壓電振子中,可以由引線前端部分的彈性吸收沖擊。另外,在形成連接層之前,用UV硬化型樹脂在前端部分與振動片之間形成臨時固定層,或可以通過預(yù)先在前端部分或振動片之一上涂敷銀膏來改善作業(yè)性,因而能以低廉的價格大量生產(chǎn)耐沖擊性高、高溫放置時頻率變化小的可靠性高的壓電振子單元。
文檔編號H03H9/05GK1213467SQ97193003
公開日1999年4月7日 申請日期1997年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月13日
發(fā)明者池上恭光 申請人:精工愛普生株式會社